„Der Corman-Drosten-Test war eine Meisterleistung“

In Rekordzeit entwickelten Forscherïnnen der Berliner Charité den ersten Corona-PCR-Test. Ihretwegen verlief die Pandemie in Deutschland anfangs harmloser als in anderen Ländern. Dennoch wurden sie angefeindet.

von ,
27 Minuten
Ein Mann in weißem Kittel sitzt im Labor vor einem langen Tisch mit Laborutensilien und Werkzeugen.

Dieser Text wurde am 8. April 2022 für den Theodor-Wolff-Preis 2022 in der Kategorie Reportage nominiert.

Am Silvesterabend des Jahres 2019 sitzt Victor Corman im Labor des Instituts für Virologie der Charité Berlin. Er hat einen eiligen Auftrag: Ein deutscher Patient ist in einem Land im Mittleren Osten schwer erkrankt und muss auf der Intensivstation behandelt werden: Verdacht auf eine Infektion mit dem MERS-Virus, einem Coronavirus, das Dromedare auf den Menschen übertragen. Sie kann tödlich verlaufen. Ein Krankentransport hat den Patienten nach Deutschland gebracht, ein Taxi fährt seine Probe nun ins Labor der Charité. Das Institut ist die zentrale Anlauf- und Beratungsstelle für Coronaviren in Deutschland, das sogenannte Konsiliarlabor für Coronaviren.

Victor Corman ist der stellvertretende Leiter des Labors. Sein Chef ist Christian Drosten, inzwischen eine Art Virologen-Superstar. Corman und die anderen Mitarbeiterïnnen hingegen sind in der gesamten Pandemie kaum sichtbar gewesen. Dabei haben sie entscheidend dazu beigetragen, dass die Corona-Pandemie in Deutschland deutlich milder verlief als in anderen Ländern. Nicht zuletzt, weil Victor Corman federführend den ersten PCR-Test auf das Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, kurz SARS-CoV-2 entwickelt hat.

Während sich der Rest der Republik mit „Dinner for One“ die Zeit bis zum Jahreswechsel verkürzt, startet Corman eine PCR in einer seiner Maschinen, um herauszufinden, ob sich der Patient tatsächlich mit dem MERS-Virus angesteckt hat. PCR ist die Abkürzung für Polymerase chain reaction, zu Deutsch Polymerase Kettenreaktion, eines der wichtigsten und zuverlässigsten Verfahren, um eine Infektion mit Viren nachzuweisen.

ein Mann mittleren Alters mit dunklem Bart lächelt in die Kamera, er steht vor einem Backsteinbau.
Victor Corman vor dem Gebäude der Virologie auf dem Charité-Campus in Berlin.

Silvester 2019: Wuhan meldet 27 Fälle einer rätselhaften Lungenentzündung

Die PCR braucht eine Weile. Corman liest in der Zwischenzeit eine Meldung der Nachrichtenagentur Reuters, die ihm ein Kollege per E-Mail geschickt hat: Darin wird berichtet, dass die chinesischen Gesundheitsbehörden in der Millionenstadt Wuhan in Zentralchina 27 Fälle einer viralen Lungenentzündung untersuchen. In den Sozialen Medien sind Gerüchte aufgekommen, das gefährliche SARS-Virus könnte zurückgekehrt sein.

Das SARS-Coronavirus-1 hatte in den Jahren 2002 und 2003 von China aus in einer kleinen Pandemie Menschen in vielen Ländern infiziert – knapp 800 von ihnen starben. In Wuhan beobachten die Ärztïnnen dieselben Symptome wie bei Infektionen damals. „Hast Du das gesehen? Was ist denn da los?“, fragt der Kollege den Coronavirus-Experten Victor Corman in seiner Mail. Corman begibt sich auf die Suche nach weiteren Informationen in seinen Kanälen. Er durchforstet etwa das Virologen-Forum Virological.org und den Mailing-Dienst PROMed-Mail der International Society for Infectious Diseases.

Dass es sich bei den Wuhan-Fällen vielleicht nur um eine Grippe handelt, dafür spricht wenig und ist in der Virologen-Gerüchteküche praktisch kein Thema. Schließlich lassen sich Influenzaviren gut nachweisen. SARS-1 liegt indes im Bereich des Möglichen. Auch wenn dieses Virus seit 2004 wie vom Erdboden verschluckt ist und keine Fälle mehr aufgetreten sind.

Wie kann man ein neuartiges Virus bestimmen?

„Dann habe ich das gemacht, was ich schon länger machen wollte“, erinnert sich Victor Corman, als wir den Corona-Experten im September 2020 besuchen: „Ich habe meine Datenbanken aktualisiert, meine Virus-Sequenzen sortiert und meinen SARS-Coronavirus-Ordner auf dem Rechner auf den neuesten Stand gebracht.“ Er spricht schnell und mit kräftiger Stimme. „Seit Beginn meiner Zeit in der Virologie verbringe ich immer wieder ein paar Stunden vor dem Computer und gucke mir Coronavirusgenome an.“

Während Corman die Virus-Sequenzen ordnet, fragt er sich: „Wie sähe der neue Erreger aus, wenn es ein Coronavirus wäre? Nach welchen Sequenzen seines Genoms müsste ein PCR-Test suchen? “

„Die PCR“, also die Polymerase-Kettenreaktion, ist ein Standardverfahren, ohne das die Biomedizin heute gar nicht denkbar ist. Schon Anfang der 1980er-Jahre hat sie der US-Biochemiker und spätere Nobelpreisträger Karry Mullis entwickelt, darum gibt es weltweit extrem viel Erfahrung damit. Die Technik ist so genau, dass sie schon lange auch bei Vaterschaftstests, in der forensischen Kriminalistik oder bei der Ahnenforschung zum Einsatz kommt. Blutspendedienste untersuchen damit ihre Konserven auf Krankheitserreger für Hepatitis oder Aids.

Kochrezepte für Erreger-Tests

Kurz gesagt vervielfältigt ein PCR-Test in einer Reihe von Reaktionsprozessen bestimmte, vorher definierte kleinste Mengen von Erbmaterial in einer Probe so lange, bis sie nachweisbar sind (Wie ein PCR-Test genau funktioniert, haben wir hier beschrieben). Für jeden Erreger, für jede Anwendung müssen Forscherïnnen ein jeweils individuelles Kochrezept entwickeln, ein sogenanntes PCR-Testprotokoll.

Auf Cormans Rechner liegt eine ganze Sammlung solcher Rezepte oder PCR-Testprotokolle, zum Beispiel für das MERS- und das SARS-1-Virus. Diese Testprotokolle haben Ende 2019 schon einige Jahre auf dem Buckel. Vielleicht sind die SARS-1-Viren inzwischen mutiert? Dann funktioniert der alte PCR-Test zum Nachweis der Viren womöglich nicht mehr. Corman müsste seine Testprotokolle anpassen.

•••

Die E-Mail des Kollegen ist nicht ohne Grund ausgerechnet bei Victor Corman gelandet. Es wird sich in Deutschland wohl kaum jemand finden, der sich so gut mit dem Erbgut der Coronaviren auskennt wie er – außer sein Chef Christian Drosten. Die beiden lernten sich 2008 an der Universität Bonn kennen. Drosten hatte im Jahr zuvor das neu gegründete Institut für Virologie übernommen. Corman beendete gerade sein Medizinstudium und suchte nach einem Thema für seine Doktorarbeit. Er wollte über zoonotische Erreger schreiben, also über Viren und Bakterien, die den Sprung vom Tier auf den Menschen schaffen. „Seitdem bin ich der Virologie treu geblieben“, sagt Corman. Als Christian Drosten 2017 nach Berlin an die Charité ging, folgte Corman seinem Chef. Auch nach zwölf Jahren spricht er voller Begeisterung von Viren und ihren Erbanlagen.

Ein Mann geht an Verkaufsständen vorbei, die mit chinesischen Schriftzeichen werben und mit Rollgittern abgesperrt sind. Auf der anderen Seite des Gehsteigs eine stark befahrene Straße.
Mitte Januar in Wuhan: Die Behörden haben den Markt geschlossen, von dem der Ausbruch mit dem neuen Coronavirus ausgegangen ist.

Laut einer Statistik der Analysefirma Clarivate aus dem Jahr 2018 gehören Christian Drosten und Victor Corman zu dem einen Prozent der Forscherïnnen ihres Fachgebiets, deren Studien Kollegïnnen auf der ganzen Welt am häufigsten zitieren. Bereits Drostens früheres Labor in Bonn war das Konsiliarlabor für Coronaviren, also die zentrale Anlauf- und Beratungsstelle in Deutschland, wenn es um Erforschung, Diagnostik und Behandlung dieser Virengruppe geht.

Das neue Corona-Virus überrascht selbst den Experten

Christian Drosten und Victor Corman haben ihre Expertise bereits mehrfach unter Beweis gestellt: 2003 entdeckte Drosten das erste SARS-Virus und entwickelte ein PCR-Test-Protokoll dafür. 2012 wiederholte das Team – diesmal unter Cormans Federführung – diese Leistung für das MERS-Coronavirus. Und so war es wohl nur eine Frage der Zeit, bis das Drosten-Labor und sein Leiter Victor Corman wieder mit einem Coronavirus konfrontiert werden würden, für das die Welt einen Test benötigt.

Dass es so schnell passieren sollte, überraschte Victor Corman selbst. Noch im August 2019, wenige Monate vor Beginn der Pandemie, handelte er in einem Übersichtsartikel über Coronaviren das Thema SARS-Viren in wenigen Sätzen ab. Der Virologe wagte in dem Artikel zwar eine Vorhersage: „Da SARS-CoV im Tierreservoir weiterhin zirkuliert, sind […] Mensch-zu-Mensch-Übertragungsketten nach einem erneuten Übergang von SARS-CoV aus Tieren auf den Menschen möglich.“ Er hielt dies indes für eher unwahrscheinlich, „da eine deutlich erhöhte Aufmerksamkeit hinsichtlich Infektionserregern in Fledermäusen und Wildkatzen besteht, insbesondere im Zusammenhang mit dem Handel für den menschlichen Konsum.“

So kann man sich irren.

•••

In den ersten Tagen des Jahres 2020 verdichten sich Hinweise, dass hinter den rätselhaften Lungenentzündungen in Wuhan tatsächlich ein Coronavirus stecken könnte. Vielleicht kommt das tödliche SARS-Virus zurück? Diese Entwicklung macht Victor Corman nervös. „Natürlich wussten wir nicht, dass es ein Coronavirus ist. Aber es ist einfach Teil meines Arbeitsalltags, mir solche Daten anzuschauen und nach neuen Genominformationen zu suchen“, sagt er. Sein Team und er schlagen sich die Nächte um die Ohren, um die Abschnitte im Erbgut des Virus zu bestimmen, nach denen ein PCR-Test suchen soll. Corman will bereit sein. Das Problem: Er hat weder Zugriff auf Proben des Erregers noch kennt er dessen Erbgut

In der internationalen Datenbank für Sequenzdaten (GenBank) findet er 729 bereits bekannte SARS-artige Virus-Sequenzen und lädt sie auf seinen Computer herunter. Per Hand sortiert er Doubletten aus. Aus den verbliebenen 375 Sequenzen leitet er zehn Genabschnitte ab, mit denen er auch ein neues Coronavirus nachweisen könnte – es sind solche Bereiche im Erbgut der SARS-Viren, die im Laufe der Evolution praktisch gleich geblieben sind. An diesen Stellen sind Mutationen der Sequenz eher unwahrscheinlich.

•••

Das SARS-Coronavirus-2

Ein Coronavirus ist ein sehr kleines Partikel mit einem Durchmesser von etwa 100 Nanometer. Wäre das SARS-Coronavirus-2 so groß wie ein Vorschulkind, also etwa ein Meter, dann wäre die menschliche Zelle, die es angreift, so hoch wie der Kölner Dom. Das winzige Virus besteht aus erstaunlich wenigen Proteinen und einem einzelnen Strang RNA, auf dem die Bauanleitung für seine Bausteine gespeichert ist. Die kugelige Hülle besteht aus Fetten, in denen sogenannte Envelope- und Membranproteine stecken, für die das Erbgut das E- und das M-Gen als Baupläne enthält. Außerdem ragen die Spike-Glykoproteine (S-Gen) aus der Membran hervor – jene Strukturen, mit denen der Erreger an eine Zelle andockt, um in sie einzudringen. Im Innern der Viruskugel sind die Erbanlagen in die Nucleocapsidproteine (N-Gen) verpackt. Das Ergbut enthält noch ein weiteres Gen, das für diese Geschichte wichtig ist: das Gen für die RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRp-Gen). Das ist ein Enzym, das für den Reproduktionszyklus des Virus unabdingbar ist.

Ein rundes Virus, bei dem verschiedene Bestandteile mit unterschiedlichen Farben eingefärbt sind.
Das SARS-Coronavirus 2 unter dem Elektronenmikroskop. Die Fachleute am National Institute for Allergies and Infectious Diseases haben die Spike-Proteine bordeauxfarben, die Hülle in rosa und die Nukleocapside orange eingefärbt.

Entert das Virus eine Zelle, programmiert es sie zur Virenfabrik um und lässt sie nach der Bauanleitung auf seiner RNA neue Viren herstellen. Wollen Virologen mit einem PCR-Test ein Virus sicher nachweisen, suchen sie in Proben von vermeintlich Infizierten nach den passenden RNA-Abschnitten des Virus-Genoms.

•••

Victor Corman und sein Team arbeiten in den ersten beiden Januarwochen mit Hochdruck daran, möglichst schnell einen Nachweis für das neue Virus zu entwickeln.

Die entscheidende Information: Das erste Virengenom aus China

Am 10. Januar 2020 bekommen sie die entscheidende Information aus China: An diesem Tag präsentieren chinesische Wissenschaftlerïnnen aus einem Labor in Shanghai im Online-Virologen-Forum Virological.org – noch vor der Veröffentlichung auf dem zentralen wissenschaftlichen Server für genetische Sequenzen GenBank drei Tage später – die allererste Sequenz des Virus aus Wuhan. Es ist tatsächlich ein Coronavirus! Und es ähnelt sehr stark dem SARS-CoV-1-Virus. Relevante Genabschnitte sind bei den beiden SARS-Viren beinahe identisch. Deshalb tauft das International Committee on Taxonomy of Viruses es später auch SARS-CoV-2.

Damit hat Corman zwar immer noch kein echtes Virus, er kann nun aber immerhin sein Kochrezept für das PCR-Protokoll fertigstellen. Er muss sich entscheiden, nach welchen Sequenzen im Virusgenom er suchen will. Für diese RNA-Abschnitte baut er sogenannten Primer. Diese 18 bis 30 Buchstaben langen Nukleotidketten binden an die gesuchten Gensequenzen in einer Probe und markieren die Abschnitte, die vervielfältigt werden. Stimmen die Primer, funktioniert die PCR. Sind sie zu ungenau, übersieht der Test das Virus.

Der Berliner Virologe steht allerdings vor zwei fundamentalen Problemen: Echte Virusproben existieren zu diesem Zeitpunkt nur in China. Und niemand weiß, wie repräsentativ die erste Genomsequenz für das neue Coronavirus wirklich ist.

Denn die Erbinformation von Viren ein und derselben Art kann sich an einzelnen Stellen, bei einzelnen Buchstaben im Genom unterscheiden. Corman riskiert also, dass sein mühsam entwickelter PCR-Test Viren übersieht, weil die Primer nicht genau genug zu den Sequenzen der Virusvarianten passen, die tatsächlich in der Mehrzahl grassieren.

Um trotzdem möglichst viele solcher Varianten abzudecken und aufzuspüren, greift der Virologe zu einem klassischen Kniff im Primerdesign: Er lässt an bestimmten Stellen seiner Primer-Sequenzen offen, welcher konkrete Buchstabe dort stehen soll. Fachleute nennen solche PCR-Primer degenerierte Primer. Ausgesuchte Stellen in der Primer-Sequenz der PCR-Reagenzien dürfen sowohl mit der einen als auch mit der anderen Base besetzt sein. Das soll dem PCR-Test etwas mehr Spielraum verschaffen und die Chance erhöhen, die Viren auch dann noch nachzuweisen, wenn sie nicht haargenau passen. Das Vorgehen ist weltweit üblich, zumal in der Frühphase einer Erkrankungswelle mit einem neuen Erreger.

Der Test mit echten Viren steht noch aus

Doch das alles ist erstmal nur Theorie. Bis zu diesem Zeitpunkt haben Corman und sein Team nur am Computer die Sequenzen verglichen und die Primer entworfen. Die Berliner Virologen müssen noch an echten Corona-Viren nachweisen, dass ihr PCR-Protokoll und die Primer sensitiv genug sind sind, also empfindlich genug, um auch bei geringsten Virusmengen zu funktionieren.

Echte Viren haben sie aber noch nicht. Darum wählen sie einen Umweg und testen ihr PCR-Kochrezept mit Proben des alten SARS-1-Virus. Die Primer sollten auch bei dem seit Jahren verschwundenen Schwestervirus funktionieren, weil es sich nur wenig von dem neuen Virus unterscheidet. Dabei erweisen sich die Primer als sehr empfindlich. Der Test weist den Erreger selbst dann noch nach, wenn eine Probe gerade einmal fünf Sequenzschnipsel enthält.

Um zu checken, ob die Testprozedur auch beim neuen Coronavirus funktioniert, greift Victor Corman wieder zu einem Kniff: Er baut das SARS-2-Erbgut Buchstabe für Buchstabe entsprechend der Publikation aus Wuhan nach. Diesen Virus-Nachbau weist sein PCR-Protokoll genausogut nach wie SARS-1.

Die erste Hürde ist genommen.

Collage aus zwei Seiten von wissenschaftlichen Papers.
Das PCR-Protokoll des Corman-Drosten-Tests, wie es die WHO am 13. Januar veröffentlichte (links), und die erste Seite der Papers im Fachmagazin Eurosurveillance vom 23. Januar 2020.
Eine beige PCR-Maschine mit großem Display. Hinter einer Scheibe sind Röhrchen zu sehen. Im Hintergrund ein Mensch, der von Kopf bis Fuß in einen Gummianzug gepackt ist.
Ein Mitarbeiter in einem PCR-Labor in Xianyou in der südostchinesischen Provinz Fujian im September 2021. Die chinesischen Behörden haben allein in dieser Provinz drei neue Labore wie dieses aufgebaut, um die Testkapazitäten zu erhöhen.
Drei Primersequenzen im Vergleich: 1. des ersten sequenziellen SARS-2-Genoms aus Wuhan, 2. degenerierte Primersequenz von Corman, 3. angepasste Primersequenz von Munchhoff.
Primersequenzen von Corman (2) und Münchhoff (3) im Vergleich zu Primern auf Grundlage der ersten Virensequenz aus Wuhan (1).
Ein Mann in Laborkleidung lehnt an einen Stuhl. Hinter ihm an der Wand das Foto eines Flughunds mit aufgerissenem Maul, der von einem Ast hängt.
Victor Corman mit einem Flughund, einer Fledermausart, die zahlreiche Viren in sich trägt. 2009 hat ein Virologenteam untersucht, welche Krankheitserreger die afrikanischen Tiere in sich tragen.
Sie haben Feedback? Schreiben Sie uns an info@riffreporter.de!